電池研究院:固態(tài)電池與1000km續(xù)航真靠譜?
【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】蔚來(lái)NIO Day 2020延后到2021年1月初才終于發(fā)布,發(fā)布會(huì)全程高能,eT7實(shí)車、容納13塊電池的二代換電站、終于上車的激光雷達(dá)、1016TOPS的最強(qiáng)大腦都很騷包,當(dāng)然最驚艷的要數(shù)150kWh固態(tài)電池包。
跟往前所有屆的NIO Day一樣,讀者/媒體對(duì)此毀譽(yù)參半,我們不妨讓子彈飛一會(huì)(讓鍵盤俠胡謅多一陣子),先靜下來(lái)看看這次發(fā)布的電池技術(shù)是否能為當(dāng)前電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航問(wèn)題解困。
NIO Day 2020的實(shí)況與復(fù)盤(點(diǎn)擊鏈接),大家可以看這個(gè)鏈接里面的內(nèi)容集合,很詳盡,不丟幀。
NIO Day 2020讓固態(tài)電池重回公眾視野,但這次蔚來(lái)發(fā)布的“固態(tài)電池”并非真固態(tài),嚴(yán)謹(jǐn)一點(diǎn)來(lái)說(shuō)是“準(zhǔn)固態(tài)電池”(液態(tài)電解質(zhì)少于50%),依然需要使用電解液和隔膜。
什么才是固態(tài)電池(Solid-State Battery,SSB)呢?
電極與電解液全是固態(tài)的,不存在任何氣態(tài)和液態(tài)的流體,便是。
蔚來(lái)“固態(tài)”電池包采用“原位固化固液電解質(zhì)”(這個(gè)后面再詳聊),實(shí)際上并未做到全固態(tài),但在同樣規(guī)格的電池包體積中(蔚來(lái)?yè)Q電系統(tǒng)只能兼容一種外尺寸)完成360Wh/kg的整包能量密度和150kWh的整包容量,不得不說(shuō)“抓得到老鼠的就是好貓”,你管他包裝上寫100%芒果汁還是芒果風(fēng)味飲品。
放在后面詳聊的還有蔚來(lái)150kWh電池包的無(wú)機(jī)預(yù)鋰化碳硅負(fù)極、納米級(jí)包覆工藝的超高鎳正極等技術(shù)。這些技術(shù)可以促成蔚來(lái)全系車型的續(xù)航升級(jí),其中2018款ES8將超過(guò)730km,新ES8將超過(guò)850km,ES6和EC6將超過(guò)900km,ET7超過(guò)1000km。
我們先來(lái)回顧固態(tài)電池的研發(fā)歷史,了解一下為什么這項(xiàng)技術(shù)一直被卡脖子,最快什么時(shí)候能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化。
1831-1834年間,邁克爾·法拉第(Michael Faraday)發(fā)現(xiàn)了硫化銀(Ag2S)和氟化鉛(PbF?)可作為電池的固態(tài)電解質(zhì),為固態(tài)電池領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。
20世紀(jì)50年代后期,一些儲(chǔ)電設(shè)備也使用了銀離子固態(tài)電解質(zhì),但能量密度太低,內(nèi)阻太高。
1972年,鋰-碘電池(一次鋰電池)在心臟起搏器中替代了鋅汞電池,可延長(zhǎng)心臟病人約10年壽命。
20世紀(jì)90年代,美國(guó)能源部所屬的橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory)開發(fā)了一種可用作制造薄膜型鋰離子電池的新型固態(tài)電解質(zhì),電芯可以做到j(luò)i微米薄,且可彎曲,但這種電池未能走出實(shí)驗(yàn)室。
2011年,古老的法國(guó)Bolloré公司推出了全新的共享汽車服務(wù)品牌Autolib及旗下BlueCar車隊(duì),其中一款電池用的是鋰金屬聚合物( LMP,Lithium Metal Polymer)固態(tài)電池,容量30kWh,只有100kWh/kg的能量密度,續(xù)航最高250km,電池產(chǎn)自法國(guó)布列塔尼和加拿大蒙特利爾工廠,同一型號(hào)一共鋪了2900輛。
這款LMP電池由四種超薄材料組成:
1、陽(yáng)極:金屬鋰箔,既是鋰源,又是電流集電極;
2、固態(tài)聚合物電解質(zhì):將鋰鹽溶解在聚氧乙烯中的共聚物;
3、陰極:由氧化釩、碳和聚合物組成的復(fù)合材料;
4、集電器:鋁箔。
2012年前后,豐田、大眾、寶馬、本田、現(xiàn)代、日產(chǎn)等汽車企業(yè)陸續(xù)投入固態(tài)電池的研發(fā)當(dāng)中,其中豐田在2014年拿出了一種體積能量密度為400Wh/L的實(shí)驗(yàn)室原型(硫化物電解質(zhì)),宣稱在2025年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。2017年豐田與它的電池界萬(wàn)年好基友松下達(dá)成合作協(xié)議,推動(dòng)固態(tài)電池商業(yè)化。
2013年,科羅拉多大學(xué)博爾德分校的研究人員宣布開發(fā)出一種基于鐵硫化合物制成的固態(tài)鋰電池。
2014年,位于密歇根州安阿伯市的初創(chuàng)公司Sakti3的研究人員宣布能量密度更高、成本更低的固態(tài)鋰離子電池研發(fā)成功,據(jù)稱體積能量密度可以達(dá)到1143kW/L。這家公司隨后被戴森用9000萬(wàn)美元收購(gòu)了。
2016年,火花塞制造商N(yùn)GK展示了其研發(fā)5年之久的芯片型陶瓷固態(tài)電池,這種固態(tài)電池需要使用層積技術(shù),電池越大制造難度越高。
2017年,約翰·班尼斯特·古迪納夫(John Bannister Goodenough),鋰電池領(lǐng)域最大的大神推出了一款固態(tài)電池,使用玻璃電解質(zhì)和堿金屬陽(yáng)極(由鋰、鈉或鉀組成)。古迪納夫博士早在1976年開始了固體化學(xué)的研究。
2018年,大眾入股美國(guó)加州QuantumScape公司,建立合資公司研發(fā)固態(tài)電池。固態(tài)電池可能是大眾ID.系列逆襲的一個(gè)可能性。
同年,中國(guó)清陶在昆山建成了中國(guó)第一條固態(tài)電池生產(chǎn)線。
固態(tài)電池研發(fā)緩慢,是因?yàn)闃I(yè)界大規(guī)模投入研發(fā)來(lái)得非常晚,在21世紀(jì)第二個(gè)10年才迎來(lái)爆發(fā)期,因此專家預(yù)測(cè)最早2025年才有大規(guī)模量產(chǎn)的可能,是客觀的。
如下圖,固態(tài)電池使用了固態(tài)的電解質(zhì),而業(yè)界研究的正是用哪種固態(tài)電解質(zhì)可以生產(chǎn)出電化學(xué)性能最佳的電池來(lái)。
目前技術(shù)路線有三條:
聚合物電解質(zhì)屬于有機(jī)電解質(zhì)路線,是固態(tài)電池的敲門磚,目前已率先實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn),技術(shù)最成熟,但技術(shù)性能的天花板比較低。
聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率太低了,能量密度也難以超過(guò)300Wh/kg。
剛剛提到的Bolloré公司BlueCar車隊(duì)用的就是這種聚合物電解質(zhì),電池需要在60-80℃下才能正常工作,所以需要一直消耗很多電能來(lái)維持電池溫度。
使用此技術(shù)路線的企業(yè):Bolloré、ionic、Seeo、寧德時(shí)代、Solid Power
氧化物電解質(zhì)屬于無(wú)機(jī)電解質(zhì)路線,分為非薄膜(LLZO)和薄膜(LiPON)兩種路線。其中,非薄膜型的各項(xiàng)性能都不錯(cuò),是現(xiàn)在的當(dāng)紅炸子雞,電導(dǎo)率低于氧化物薄膜型但遠(yuǎn)高于聚合物,目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)3C電子領(lǐng)域的實(shí)用化,但界面接觸差(電解質(zhì)與電極之間);薄膜型是微型電池,容量小,不能做車用動(dòng)力電池。
使用此技術(shù)路線的企業(yè):Sakti3、TDK、NGK、QuantumScape、村田muRata、臺(tái)灣輝能、江蘇清陶、KAIST、衛(wèi)藍(lán)
另一條無(wú)機(jī)電解質(zhì)路線,電導(dǎo)率最高,晶界阻抗低,潛力最強(qiáng),但又最難研發(fā)。
在電動(dòng)汽車領(lǐng)域,硫化物電解質(zhì)是非常有潛力的,不僅能量密度高,還有望實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的快充快放。只不過(guò),硫化物體系的安全性能并不怎么理想,而且電解質(zhì)容易氧化,遇水產(chǎn)生有害氣體。
使用此技術(shù)路線的企業(yè):松下、三星SDI、寧德時(shí)代、豐田、本田
用表格羅列三種固態(tài)電解質(zhì)體系:
三種固態(tài)電解質(zhì)體系 | |||||
固態(tài)電解質(zhì) | 主要研究體系 | 離子電導(dǎo)率 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) | 研究方向 |
聚合物 | PEO固態(tài)聚合物體系 聚碳酸酯體系 聚烷氧基體系 聚合物鋰單離子導(dǎo)體基體系 | 室溫:10-7-10-5S/cm 65-78℃:10-4S/cm | 靈活性好 易大規(guī)模制備 剪切模量低 不與鋰金屬反應(yīng) | 離子電導(dǎo)率低 氧化電壓低 (<4V) | 將PEO與其他 材料共混共聚 或交聯(lián),形成 有機(jī)無(wú)機(jī)雜化 體系,提升性能 |
氧化物 | 非薄膜:鈣鈦礦型 非薄膜:石榴石型 非薄膜:NASICON型 非薄膜:LISICON型 薄膜:LiPON型 | 10-6-10-3S/cm | 化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定 機(jī)械性能好 電化學(xué)氧化電位高 | 界面接觸差 | 提升電導(dǎo)率, 替代元素或 摻雜同種異價(jià) 元素 |
硫化物 | Thio-LiSICON型 LGPS型 Li-argyrodite型 | 10-7-10-2S/cm | 電導(dǎo)率高 機(jī)械性能好 晶界阻抗低 | 容易氧化 水汽敏感 | 提高電解質(zhì)穩(wěn) 定性,降低成 本,元素?fù)诫s 發(fā)揮各元素 協(xié)同作用 |
資料來(lái)源:Recent progress of the solid-state electrolytes for high-energy metal-baesd,Lei Fan |
三種固態(tài)電解質(zhì)的性能排序如下:
電導(dǎo)率:硫化物 > 氧化物 > 聚合物
能量密度:硫化物 > 氧化物 > 聚合物
成本優(yōu)勢(shì):聚合物 > 氧化物 > 硫化物
安全性能:氧化物 > 聚合物 > 硫化物
在2015年5月印發(fā)的《中國(guó)制造2025》國(guó)家行動(dòng)綱領(lǐng)中,十大領(lǐng)域中的“節(jié)能與新能源汽車領(lǐng)域”專門提到了對(duì)動(dòng)力電池的技術(shù)期望值:2020年達(dá)到300Wh/kg,2025年達(dá)到400Wh/kg,2030年達(dá)到500Wh/kg。
這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)前液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池性能指標(biāo),后者的能量密度只能達(dá)到280kW/kg左右,再往上都是天花板。
接下來(lái),該輪到固態(tài)電池上場(chǎng)了。太深?yuàn)W的東西不說(shuō),我們直接來(lái)一點(diǎn)易懂易學(xué)的小結(jié)論吧,固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)有:
1、能量密度更高,目前實(shí)驗(yàn)室樣品可以達(dá)到300-400Wh/kg,
2、同等體積/容量下,整包重量更低,用于運(yùn)輸電池本身的電量更少,節(jié)能效率更高,更環(huán)保。
3、可使用金屬鋰負(fù)極(蔚來(lái)這個(gè)固液混合的沒用),提供高比容量(3861mAh/g,遠(yuǎn)高于石墨負(fù)極的372mAh/g)、低電化學(xué)勢(shì)(-3.04V)、較小的密度(0.534g/cm3)
4、安全性能更高,不會(huì)刺破隔膜造成短路,不會(huì)脹包,不會(huì)漏液,不會(huì)揮發(fā)。
5、碰撞受損后,電池安全性更高,(可能)不會(huì)在高溫下分解出氧氣加劇燃燒,用剪刀剪掉電芯的一個(gè)角之后依然不會(huì)熱失控,此外在日常使用中的高溫穩(wěn)定性也好很多。
6、薄膜柔性化,除了作動(dòng)力電池之用,還能給可穿戴設(shè)備供電。
7、溫度適應(yīng)性好(部分配方),可以在-25℃到60℃之間工作。
8、循環(huán)壽命1000次以上,最多有吹45000次的(很可能是PPT概念)。
9、電化學(xué)窗口更寬,電解質(zhì)穩(wěn)定性更佳,可以使用電壓更高的正極,也可以使用金屬鋰負(fù)極。(電化學(xué)窗口就是最正電位和最負(fù)電位的區(qū)間,超出這個(gè)區(qū)間,電解質(zhì)就會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)分解完蛋了)
10、可以做更大的單體電芯,C2P更容易實(shí)現(xiàn),成組更簡(jiǎn)單,電控和冷卻都可以做得簡(jiǎn)單一些,整包能量密度提升。
11、自放電率很低,靜置虧電速度慢。
固態(tài)電池的劣勢(shì)有:
1、技術(shù)不成熟,工藝很復(fù)雜,產(chǎn)業(yè)鏈上下游不完整,暫時(shí)不適合大規(guī)模生產(chǎn)。
2、固態(tài)電解質(zhì)的界面接觸性差(固體-固體),電導(dǎo)率偏低,高倍率大電流一來(lái)就捉襟見肘了,比較難實(shí)現(xiàn)快速充電,功率密度有限。
3、成本過(guò)高,這條能把所有優(yōu)勢(shì)滅掉。
4、運(yùn)用金屬鋰負(fù)極的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生死鋰、鋰枝晶生長(zhǎng)的問(wèn)題,導(dǎo)致安全隱患多、鋰源損失、庫(kù)倫效率低、循環(huán)壽命短、容量衰減的缺點(diǎn)。
5、氧化物堅(jiān)硬,制作成電解質(zhì)片容易脆裂。
我們先來(lái)再次確認(rèn)一下蔚來(lái)150kWh電池包的定義——“原位固化固液電解質(zhì)”,拆分一下就是“原位固化 - 固液 - 電解質(zhì)”,意思是固液混合的,絕非全固態(tài)電池。
那么問(wèn)題來(lái)了,這算是放衛(wèi)星、PPT造車嗎?
看你怎么定義了。伊隆·馬斯克在特斯拉電池日就一直吹牛,最近蔚來(lái)和廣汽埃安的發(fā)布會(huì)也吹,只不過(guò)馬斯克吹牛的時(shí)候觀眾們一點(diǎn)負(fù)面情緒都沒有,特斯拉自帶舔粉的。
其實(shí)海內(nèi)外造車新勢(shì)力的大佬們不吹牛是會(huì)造成資金鏈斷裂的,有些在實(shí)驗(yàn)室階段就拿出來(lái)說(shuō)了有些連實(shí)驗(yàn)室都沒跑通純粹是PPT“賣樓花”而已(不知賣樓花神操作的可以去百度下)。
不吹牛會(huì)死?是的,因?yàn)槎鄶?shù)初創(chuàng)公司根本沒有現(xiàn)成產(chǎn)品,不賣樓花的話真會(huì)死……
所以有業(yè)界大拿出來(lái)抨擊說(shuō)“2025年之前都不可能有量產(chǎn)的固態(tài)電池”,說(shuō)的是“全固態(tài)電池”。蔚來(lái)可沒說(shuō)它家是全固態(tài)……
別管了,如果你真能在2020年四季度量產(chǎn)出360Wh/kg、150kWh、1000km的固液混合電池也算你是好貓,抓到老鼠了唄。
下面我們來(lái)看看蔚來(lái)150kWh電池包的幾項(xiàng)核心技術(shù):
蔚來(lái)根本沒有透露固液混合電解質(zhì)電池是哪家供貨的,業(yè)界猜測(cè)可能是寧德時(shí)代、輝能、蜂巢(長(zhǎng)城)中的一家。
李斌也沒有回避“固液混合”的真相,他還主動(dòng)強(qiáng)調(diào)了:“全固態(tài)電池的量產(chǎn)還是很遠(yuǎn)的事情,原因是目前固態(tài)電池的市場(chǎng)需求很低。”
固液混合電解質(zhì)(凝膠狀電解質(zhì)),具體會(huì)帶來(lái)怎樣的充放電特性呢?筆者沒有辦法給出確切的猜測(cè),畢竟我們不是科研機(jī)構(gòu)也不是神棍媒體,實(shí)事求是不懂就是不懂。
目前必須用少量液態(tài)電解質(zhì)來(lái)緩解電極界面接觸差的問(wèn)題,以此增加電導(dǎo)率。電池實(shí)現(xiàn)全固態(tài)之后,隔膜和液態(tài)電解液才會(huì)完全消失。
可以預(yù)想到的是,若固液混合電解質(zhì)成為現(xiàn)實(shí),它在接下來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)都會(huì)是續(xù)航能力最強(qiáng)的鋰電池配方。
這個(gè)就是字面意思,誘導(dǎo)液態(tài)電解質(zhì)發(fā)生梯度固化,使其生成凝膠聚合物電解質(zhì)阻擋層,同時(shí)保留適量液態(tài)電解質(zhì)。
下圖是LiPF6-復(fù)合隔膜引發(fā)“鋰-硫(硒)電池”電解質(zhì)原位界面固化的原理示意圖,論文來(lái)源自北京化學(xué)所,第一作者是博士生王文鵬:
上圖的流程解析是這樣的:
(a) LiPF6-復(fù)合隔膜的基本構(gòu)型;
(b) LiPF6-復(fù)合隔膜在鋰-硫(硒)電池中的組裝過(guò)程;
(c) LiPF6通過(guò)擴(kuò)散作用在正極/電解質(zhì)界面上的緩釋過(guò)程;
(d) LiPF6誘導(dǎo)電解質(zhì)原位界面聚合;
(e) 界面凝膠電解質(zhì)對(duì)多硫(硒)穿梭的阻擋作用。
看不懂的話,將其簡(jiǎn)單理解成夾心威化餅也行……
未來(lái),固液混合電解質(zhì)中的液態(tài)電解液占比會(huì)越來(lái)越小,直至實(shí)現(xiàn)全固態(tài)。
當(dāng)前鋰離子電池的研發(fā)方向是減少鈷(22萬(wàn)/噸,增加層狀結(jié)構(gòu)和循環(huán)壽命)、增加鎳(3萬(wàn)/噸,增加能量密度)。
從下表可知,在NCM三元鋰配方中,NCM811正極用到最少的鈷和最多的鎳。
每1噸電池的各類型金屬重量(噸) | |||||
鋰 Li | 鈷 Co | 鎳 Ni | 錳 Mn | 鋁 Al | |
磷酸鐵鋰 LiFePO4 | 0.016 | ||||
錳酸鋰 LiMn2O4 | 0.029 | 0.224 | |||
三元鋰 NCM111 | 0.024 | 0.069 | 0.069 | 0.064 | |
三元鋰 NCM523 | 0.028 | 0.047 | 0.119 | 0.066 | |
三元鋰 NCM622 | 0.030 | 0.051 | 0.152 | 0.047 | |
三元鋰 NCM811 | 0.033 | 0.028 | 0.221 | 0.026 | |
鎳鈷鋁酸鋰 LiNiCoAlO2 | 0.030 | 0.038 | 0.204 | 0.006 |
超高鎳正極,意味著配方可能趨向于NCM9/0.5/0.5(蔚來(lái)并未公布,純猜測(cè)),可以更環(huán)保、更廉價(jià)、更高能量密度,但循環(huán)壽命更短,穩(wěn)定性/安全性會(huì)變差,需要更多的輔助技術(shù)去確保電池不會(huì)自燃,讓液態(tài)電解質(zhì)固化也是其中一種方案。
這里指的是對(duì)超高鎳正極材料的包裹,功效有多大不好判斷,原理是保護(hù)三元材料正極,但又不會(huì)因?yàn)樘穸绊戜囯x子脫嵌。
類比一下就是做一份廣式腸粉,粉皮要很薄且有彈性,既要包得住肉片和蝦仁,又不能太厚了咬下去全是面皮吃不著蝦仁。
古迪納夫博士研發(fā)了當(dāng)今鋰離子電池領(lǐng)域的三大正極材料,目前業(yè)界的負(fù)極材料多用碳素材料(好消息是中國(guó)石墨儲(chǔ)量占全球70%),非碳負(fù)極材料則有四大系列,包括硅基材料。
硅的理論容量超過(guò)石墨10倍以上,造成電池的話有望提升大約50%的能量密度。
電池負(fù)極材料大綱 | ||
碳素材料 | 石墨 | 天然石墨/人造石墨 |
軟碳 | 焦炭/中間相碳微球 | |
硬碳 | 碳纖維/PAS | |
非碳材料 | 鋰金屬 | |
氮化物 | ||
合金 | 錫基材料/硅基材料 | |
鈦酸鋰 |
此前的學(xué)者都不知道硅那么好用嗎?都知道,只是解決不了硅基材料體積膨脹的問(wèn)題。
碳素材料(石墨)與非碳材料(硅)的充放電機(jī)理不同,石墨是鋰的嵌入和脫嵌,硅則是合金化反應(yīng),硅的脫嵌鋰反應(yīng)會(huì)令其體積膨脹3倍,電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞之后,就沒后文了。
求同存異可以嗎?還真可以。使用Si/C復(fù)合體系(硅碳負(fù)極),Si硅顆粒這種活性物質(zhì)可大大提升鋰的容量,C碳能改善Si的導(dǎo)電性、緩沖Si充放電體積變化、防止Si顆粒充放電時(shí)團(tuán)聚。
類比一下,Si就是脆弱但攻擊力極強(qiáng)的大法師,C就是承受各種物理攻擊/魔法攻擊的肉盾。
鋰離子電池首次充電時(shí)會(huì)形成SEI膜(固體電解質(zhì)界面),消耗掉大量來(lái)自電極材料的鋰離子,雖然降低了內(nèi)部短路風(fēng)險(xiǎn)、防止溶劑分子的共嵌入(提升循環(huán)壽命),但也因此降低了總?cè)萘俊?/p>
為此,我們可以通過(guò)預(yù)鋰化對(duì)電極材料進(jìn)行補(bǔ)鋰,抵消SEI膜的鋰離子消耗,從而提高電池的總?cè)萘亢湍芰棵芏取?/p>
換句人話來(lái)說(shuō)就是:茄子太吸油,所以我們炒茄子時(shí)多放油……
預(yù)鋰化技術(shù)有很多個(gè)方向,其中正極補(bǔ)鋰可以使用富鋰化合物、二元鋰化合物等等,負(fù)極補(bǔ)鋰可以使用鋰箔補(bǔ)鋰、硅化鋰粉等等,在此不作展開。
小結(jié)一下:蔚來(lái)這套150kW固液混合電解質(zhì)電池包的技術(shù)亮點(diǎn)還是挺多的,但都算不上革命性的,不過(guò)要是6個(gè)亮點(diǎn)都能在量產(chǎn)化產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn),那的確是個(gè)很強(qiáng)的競(jìng)品角色。
根據(jù)2015年的一份陳年報(bào)告,全固態(tài)電池的制造成本達(dá)到 1.5萬(wàn)美元(約97萬(wàn)人民幣)一度電,算下來(lái)一臺(tái)車就是數(shù)千萬(wàn)。當(dāng)然,這只是實(shí)驗(yàn)室階段的成本,根本不應(yīng)該拿來(lái)作為量產(chǎn)商品成本估算。
這時(shí)候我們或許可以套用摩爾定律(Moore's Law)來(lái)估算一下襁褓中的電池,在推向市場(chǎng)的初步階段,如果價(jià)格可以每1.5年下降一半,也要相當(dāng)長(zhǎng)的年份才能形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模,才能以1000元/kWh左右的有競(jìng)爭(zhēng)力的合理價(jià)格進(jìn)入市場(chǎng),與液態(tài)電解液電池進(jìn)行同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)。
當(dāng)然,在成本昂貴的前期,固態(tài)電池可以被用作心臟起搏器、可穿戴設(shè)備、智能手機(jī)的二次電池,產(chǎn)業(yè)鏈培養(yǎng)起來(lái)之后才能更快地均攤成本,形成規(guī)模效應(yīng),達(dá)到良性循環(huán)。
一旦產(chǎn)業(yè)規(guī)模上來(lái)了,固態(tài)電池還有一些成本上的優(yōu)勢(shì),比如某些配方的原材料價(jià)格(比如氧化物)比傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)要便宜些,固態(tài)電池還沒有注液工序所以工藝會(huì)更簡(jiǎn)單。
固態(tài)電池能量密度得到質(zhì)的提升,但市場(chǎng)只會(huì)考慮性價(jià)比,接下來(lái)最大的對(duì)手可能來(lái)自特斯拉4680電芯,《福布斯》估算其最有可能的成本是127美元(824元)/kWh,那么120kWh電池包的成本也不過(guò)10萬(wàn)元。
至于2020年四季度發(fā)布的蔚來(lái)150kWh固液混合電池包要多少成本,真的不好估算。這套電池包里面用了太多新技術(shù),產(chǎn)業(yè)鏈都沒這玩意,成本能低就怪了。
合肥國(guó)軒高科工程研究總院常務(wù)副院長(zhǎng)徐興無(wú)表示:固態(tài)電池將會(huì)逐漸應(yīng)用到市場(chǎng),而大規(guī)模應(yīng)用預(yù)計(jì)將在2025年。
國(guó)聯(lián)汽車動(dòng)力電池研究院董事長(zhǎng)熊柏青表示:全固態(tài)電池現(xiàn)在距商業(yè)化還很遠(yuǎn),現(xiàn)在甚至做個(gè)演示都還很困難,反正至少這5年沒戲了。在未來(lái)10年內(nèi),完全攻克全固態(tài)電池仍然具有難度,全固態(tài)電池距離商業(yè)化還有待時(shí)日。
以上專家/董事長(zhǎng)的觀點(diǎn)針對(duì)的是全固態(tài)電池。固液混合電池的量產(chǎn)化目前還是有點(diǎn)希望的,不過(guò)這只是一項(xiàng)過(guò)渡性的技術(shù),當(dāng)前與之競(jìng)爭(zhēng)的應(yīng)該是高鎳正極/硅負(fù)極的液態(tài)電池,而大家最終目標(biāo)依然是能量密度指向500Wh/kg大關(guān)的全固態(tài)電池。
固態(tài)電池能拯救電動(dòng)車孱弱的續(xù)航嗎?
它可能承此重任,但絕對(duì)不是唯一可能的路線。
(文:太平洋汽車網(wǎng) 黃恒樂)
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